Ogólna teoria względności Einsteina opisuje grawitację w kategoriach geometrii zarówno przestrzeni, jak i czasu. Ale zmierzenie tej krzywizny przestrzeni jest trudne. Jednak naukowcy wykorzystali teraz całą gamę teleskopów radiowych na całym kontynencie, aby wykonać niezwykle precyzyjny pomiar krzywizny przestrzeni wywołanej grawitacją Słońca. Ta nowa technika może znacznie przyczynić się do badania fizyki kwantowej.
„Pomiar krzywizny przestrzeni wywołanej grawitacją jest jednym z najbardziej wrażliwych sposobów poznania, w jaki sposób teoria ogólnej teorii względności Einsteina odnosi się do fizyki kwantowej. Łączenie teorii grawitacji z teorią kwantową jest głównym celem fizyki XXI wieku, a te astronomiczne pomiary są kluczem do zrozumienia związku między nimi ”, powiedział Sergei Kopeikin z University of Missouri.
Kopeikin i jego koledzy wykorzystali system radioteleskopu Very Long Baseline Array (VLBA) National Science Foundation do pomiaru zgięcia światła powodowanego przez grawitację Słońca do jednej części w 30,000 3333 (poprawione przez NRAO i zaktualizowane tutaj 9.03.2009 - więcej informacji na temat ugięcia i opóźnienia światła można znaleźć w tym linku udostępnionym przez Neda Wrighta z UCLA). Po dalszych obserwacjach naukowcy twierdzą, że ich precyzyjna technika może dokonać najdokładniejszego pomiaru tego zjawiska.
Wygięcie światła gwiazd przez grawitację został przewidziany przez Alberta Einsteina, kiedy opublikował swoją teorię ogólnej teorii względności w 1916 r. Zgodnie z teorią względności, silna grawitacja masywnego obiektu, takiego jak Słońce, powoduje krzywiznę w pobliskiej przestrzeni, co zmienia ścieżkę światła lub fale radiowe przechodzące w pobliżu obiektu. Zjawisko to zaobserwowano po raz pierwszy podczas zaćmienia Słońca w 1919 r.
Chociaż w ciągu 90 lat dokonano licznych pomiarów tego efektu, problem połączenia ogólnej teorii względności z teorią kwantową wymagał coraz dokładniejszych obserwacji. Fizycy opisują krzywiznę przestrzeni i grawitacyjne zginanie światła jako parametr zwany „gamma”. Teoria Einsteina głosi, że gamma powinna wynosić dokładnie 1,0.
„Nawet wartość, która różni się o jedną część na milion od 1,0, miałaby poważne konsekwencje dla celu połączenia teorii grawitacji i teorii kwantowej, a tym samym w przewidywaniu zjawisk w regionach o wysokiej grawitacji w pobliżu czarnych dziur”, powiedział Kopeikin.
Aby dokonać niezwykle precyzyjnych pomiarów, naukowcy zwrócili się do VLBA, całego kontynentu systemu radioteleskopów od Hawajów po Wyspy Dziewicze. VLBA umożliwia wykonywanie najdokładniejszych pomiarów pozycji na niebie i najbardziej szczegółowych zdjęć dowolnego dostępnego instrumentu astronomicznego.
Naukowcy dokonali swoich obserwacji, gdy Słońce minęło prawie cztery odległe kwazary - odległe galaktyki z supermasywnymi czarnymi dziurami w rdzeniach - w październiku 2005 r. Grawitacja Słońca spowodowała niewielkie zmiany w pozornych pozycjach kwazarów, ponieważ odbiła radio fale dochodzące z bardziej odległych obiektów.
Rezultatem była zmierzona wartość gamma 0,9998 +/- 0,0003, co doskonale zgadza się z prognozą Einsteina wynoszącą 1,0.
„Dzięki większej liczbie obserwacji, takich jak nasza, oprócz uzupełniających pomiarów, takich jak te wykonane za pomocą sondy Cassini NASA, możemy poprawić dokładność tego pomiaru co najmniej czterokrotnie, aby zapewnić najlepszy jak dotąd pomiar gamma”, powiedział Edward Fomalont National Radio Astronomy Observatory (NRAO). „Ponieważ gamma jest podstawowym parametrem teorii grawitacji, jej pomiar przy użyciu różnych metod obserwacyjnych ma kluczowe znaczenie dla uzyskania wartości popieranej przez społeczność fizyków”, dodał Fomalont.
Kopeikin i Fomalont współpracowali z Johnem Bensonem z NRAO i Gaborem Lanyi z NASA Jet Jet Propulsion Laboratory. Przedstawili swoje odkrycia w wydanym 10 lipca numerze Astrophysical Journal.
Źródło: NRAO
